BAKELITE: STRUKTUR, EGENSKAPER, FRAMSTÄLLNING OCH APPLIKATIONER - KEMI - 2025

Den Bakelit är ett polymert harts av fenol och formaldehyd, den exakta kemiska definitionen och är en hydroxid polioxibenciletilenglicol. Framväxten och kommersialiseringen av detta material markerade gryningen av plastens era; det ockuperade och var en del av otaliga hushålls-, kosmetiska, elektriska och till och med militära föremål.

Namnet kom från sin uppfinnare: den amerikanska kemisten född i Belgien, Leo Baekeland, som 1907 uppnådde produktion och förbättring av denna polymer; grundade sedan General Bakelite Company 1910. Till att börja med bestod Bakelite, medan han modifierade de fysiska variablerna, av ett svampigt, sprött fast material med lite värde.

Retro telefon tillverkad med Bakelite-polymer. Källa: Pexels.

Efter åtta års arbete i laboratoriet lyckades han få en tillräckligt solid och termostabil bakelit, med ett högt värde på grund av dess egenskaper. Således ersatte Bakelite andra plastmaterial av naturligt ursprung; den första rent konstgjorda polymeren föddes.

Nuförtiden har den emellertid ersatts av annan plast, och den finns främst i tillbehör eller föremål från 1900-talet. Till exempel är telefonen på bilden ovan tillverkad av Bakelite, liksom många objekt med liknande svartfärg som denna, eller bärnsten eller vitt (liknar elfenben i utseende).

Bakelitstruktur

Träning

Bildande av en tredimensionell nätverksstruktur av fenol-formaldehydpolymer, bakelit. Källa: MaChe.

Definierad bakelit som ett polymerharts av fenol och formaldehyd, då måste båda molekylerna anpassa sin struktur, kovalent kopplade på något sätt; annars skulle denna polymer aldrig ha uppvisat sina karakteristiska egenskaper.

Fenol består av en OH-grupp kopplad direkt till en bensenring; medan formaldehyd är en molekyl av O = CH ₂ eller CH ₂ O (övre bild). Fenol är rik på elektroner, eftersom OH, även om den lockar elektroner mot sig själv, också hjälper till med deras delokalisering av den aromatiska ringen.

Genom att vara rik på elektron kan den attackeras av en elektrofil (elektronhung art); som till exempel, CH ₂ O molekyl .

Beroende på om mediet är surt (H ⁺ ) eller basiskt (OH ^- ) kan attacken vara elektrofil (formaldehyd attackerar fenol) eller nukleofil (fenolattacker formaldehyd). Men i slutändan, CH ₂ O ersätter en H av fenolen för att bli en metylolgrupp, -CH ₂ OH; -CH ₂ OH ₂ ⁺ i surt medium, eller -CH ₂ O ^- i basiskt medium.

Under antagande ett surt medium, -CH ₂ OH ₂ ⁺ förlorar en vattenmolekyl samtidigt att den elektrofilt angrepp av en andra fenolring inträffar. En metylenbrygga, -CH ₂ - bildas sedan (färgad blå i bilden).

Ortho- och para-ersättningar

Metylenbryggan binder inte två fenolringar i godtyckliga positioner. Om strukturen observeras kommer det att vara möjligt att verifiera att bindningarna är i angränsande och motsatta positioner till OH-gruppen; dessa är orto- och parapositioner. Sedan inträffar substitutioner eller attacker till eller från fenolringen på dessa positioner.

Nätverkets tredimensionalitet

Kom ihåg att de kemiska hybridiseringarna är kolet i metylenbryggorna är sp ³ ; därför är det en tetrahedron som placerar sina bindningar utanför eller under samma plan. Följaktligen ligger inte ringarna i samma plan, och deras ansikten har olika orienteringar i rymden:

Segment av bakelitens tredimensionella struktur. Källa: Wikimedia Commons.

Å andra sidan, när substitutionerna endast sker i -positioner, erhålls en polymerkedja. Men när polymeren växer genom -parapositionerna, upprättas ett slags nät eller tredimensionellt nätverk av fenolringar.

Beroende på processförhållandena kan nätverket anta en "svullen morfologi", oönskad för plastens egenskaper. Ju mer kompakt det är, desto bättre kommer det att fungera som ett material.

Egenskaper

Med bakeliten som ett nätverk av fenolringar som förenats med metylenbryggor kan orsaken till dess egenskaper förstås. De viktigaste nämns nedan:

-Det är en värmehärdande polymer; det vill säga, när den väl har stelnat kan den inte formas av effekten av värme och till och med bli ännu mer kakad.

-Dens genomsnittliga molekylmassa är vanligtvis mycket hög, vilket gör bakeliterna betydligt tyngre jämfört med andra plaster av samma storlek.

-När gnuggas och temperaturen ökar, avger den en karakteristisk formaldehydlukt (organoleptisk igenkänning).

-När formgjord, och eftersom det är en härdplast, behåller den sin form och motstår den frätande effekten av vissa lösningsmedel, temperaturökningar och repor.

-Det är en fruktansvärd ledare av värme och elektricitet.

-Sänder ett karakteristiskt ljud när två delar av Bakelite slås, vilket hjälper till att identifiera det kvalitativt.

-Ny syntetiserad, har en hartsartad konsistens och har brun färg. När den stelnar förvärvar den olika nyanser av brunt tills den blir svart. Beroende på vad den är fylld med (asbest, trä, papper etc.) kan den presentera färger som varierar från vit till gul, brun eller svart.

Erhållande

För att erhålla bakelit krävs först en reaktor där fenol (ren eller från koljära) och en koncentrerad lösning av formaldehyd (37%) blandas, varvid ett molärt förhållande till fenol / formaldehyd är lika med 1. Reaktionen börjar av polymerisation via kondensation (eftersom vatten, en liten molekyl) frisätts.

Blandningen upphettas sedan under omröring och i närvaro av en syra (HCl, ZnCl ₂ , H ₃ PO ₄ , etc.) eller basisk (NH ₃ ) katalysator . Ett brunt harts erhålls till vilket mer formaldehyd tillsätts och det upphettas till cirka 150 ° C under tryck.

Senare kyls och stelnar hartset i en behållare eller mögel, tillsammans med fyllnadsmaterialet (redan nämnt i föregående avsnitt), vilket kommer att gynna en viss typ av textur och önskvärda färger.

tillämpningar

Plast av träplankor. Källa: VarunRajendran på engelska Wikipedia

Bakelite är den viktigaste plasten från första halvan och mitten av 1900-talet. Telefoner, kommandolådor, schackpjäser, fordonsdörrhandtag, domino, biljardbollar; Varje objekt som konstant utsätts för liten påverkan eller rörelse är gjord av Bakelite.

Eftersom det är en dålig ledare av värme och elektricitet, användes den som en isolerande plast i kretsboxar, som en komponent i elektriska system i radioapparater, glödlampor, flygplan och alla typer av oumbärliga apparater under världskriget.

Dess solida konsistens var tillräckligt attraktiv för utformningen av snidade lådor och smycken. När det gäller prydnad, när bakeliten blandas med virket, ges den andra en plaststruktur, med vilken plankor eller kompositplankor har gjorts för att täcka golv (toppbild) och hushållsutrymmen.

referenser

1. Universitet Federico II i Neapel, Italien. (Sf). Fenol-formaldehydhartser. Återställd från: whatischemistry.unina.it
2. Isa Mary. (5 april 2018). Arkeologi och ålder av plast bakelit i brody dumpen. Grönkål. Återställd från: campusarch.msu.edu
3. Avdelningar för kemisk utbildning för högskolan för vetenskap. (2004). Beredningen av Bakelite. Purdue University. Återställdes från: chemed.chem.purdue.edu
4. Bakelitegroup 62. (sf). Strukturera. Återställd från: bakelitegroup62.wordpress.com
5. Wikipedia. (2019). Bakelit. Återställd från: en.wikipedia.org
6. Boyd Andy. (8 september 2016). Leo Baekeland och bakelit. Återställd från: uh.edu
7. NYU Tandon. (05 december 2017). Ljus, kamera, bakelit! Byrån för studentfrågor är värd för en rolig och informativ filmkväll. Återställd från: engineering.nyu.edu